茶皂素生物表面活性劑在環境保護領域的運用研究進展

張 龍，劉 彤，曹 陽，郭 妤，唐 婷

(1.貴州大學 化學與化工學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學明德學院，貴州 貴陽 550025)

茶皂素生物表面活性劑在環境保護領域的運用研究進展

張 龍1，劉 彤1，曹 陽1，郭 妤1，唐 婷2

(1.貴州大學 化學與化工學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學明德學院，貴州 貴陽 550025)

本文主要通過闡述茶皂素生物表面活性劑的特點及其在土壤中重金屬的去除、水體中重金屬的去除、固體垃圾焚燒飛灰中的重金屬的去除、土壤中有機物的去除等環境保護領域先進技術及成果，為今后的生產實踐提供指導意義。

茶皂素；生物表面活性劑；環境保護；運用

茶皂素又名茶皂甙，是由茶樹種子中提取出來的一類醣甙化合物，其茶分子是由親水性的糖體和疏水性的配位基團所構成，是一種性能優良的天然非離子型表面活性劑，它具有發泡、乳化、分散、溫潤等性能，并有抗滲、消炎、鎮痛等方面的藥理作用。因此，可用來制造各種類型的乳化劑、洗滌劑、泡沫劑、防腐劑、殺蟲劑及其他藥劑[1]。近年來，茶皂素生物表面活性劑在環境污染治理方面的應用受到廣泛關注，在土壤和水體修方面具有很好的應用價值。這是因為該生物表面活性劑具有親水親脂兩親性的表面活性物質。其相比化學表面活性劑具有以下幾個特點：(1)其無毒或低毒；(2)其可生物降解，不會造成二次污染；(3) 其一般對生物的刺激性較低，可消化；(4)其有更好的環境相容性與起泡性；(5)其生產成本低；(6)其結構多樣，通過不同的分子修飾方法可適用于不同的領域；(7)其在極端鹽濃度、pH 值、溫度下具有更好的選擇性和專一性。近年來人們對于茶皂素生物表面活性劑在環境保護領域的運用也不斷深入[2]。

1 茶皂素生物表面活性劑對土壤中重金屬的去除

張中文采用振蕩離心的方法對茶皂素在不同濃度、離子強度條件下對供試土樣中重金屬的解吸影響[3]。研究結果表明，土壤中重金屬的去除率隨著茶皂素茶皂素濃度的增加而增加，當茶皂素溶液的濃度為7%，土樣中重金屬的去除率達到最大值，去除率分別為Cd 96.4 %，Zn 71.7%，Pb 43.7%，Cu 20.6%；隨著土壤環境pH值的增加，重金屬的去除率隨之減少，離子強度對Pb、Cu 的去除效率影響不大，Zn、Cd 的去除率隨著離子強度的增加而減少。李光德采用振蕩提取和土柱淋洗的方法，將生物表面活性劑茶皂素作為土壤淋洗劑，對茶皂素對土壤中重金屬的去除效果進行研究[4]。研究結果表明，該淋洗劑在茶皂素溶液的質量分數為7%、pH值為5.0±0.1、土液質量體積比1∶4的條件下，對土壤中重金屬Cd、Zn、 Cu、Pb的去除率分別為42.4%、13.1%、8.8%、6.7%，去除率的大小順序為Cd>Zn>Cu>Pb。說明茶皂素淋洗能有效去除土壤中可還原態和酸溶態的重金屬。盧寧川采用振蕩法對研究茶皂素對土壤中重金屬的解吸效果、解吸動力學、解吸前后土壤中重金屬形態變化[5]。研究結果表明，當茶皂素溶液的質量分數為3%時，對土壤中Cd、Pb、Zn的解吸率分別為41.3%、10.9%和8.5%，這三種重金屬的解吸過程均為非均相擴散過程，包含快反應和慢反應2個階段；同時還發現通過茶皂素的解吸，Cd的碳酸鹽態、Fe - Mn氧化物態、水溶態及可交換態、殘渣態、有機結合態含量分別下降了58.7%、54.4%、48.3%、41.8%、32.2%；Pb的殘渣態和碳酸鹽結態含量分別下降了42.3%和35.4%，其他形態含量無明顯變化；Zn的碳酸鹽態含量降低29.2%，但水溶態及可交換態含量比解吸前提高277.5%，其他形態含量無明顯變化。

2 茶皂素生物表面活性劑對水體中重金屬的去除

彭艷春采用十二烷基硫酸鈉與茶皂素復配比為4∶l，pH值=8.0，通氣量為0.2 L·min-1，C復配體系：CCu2+=3∶1的條件下可以得到94.8%復配體系浮選去除廢水中銅離子的最大去除率，泡沫濃縮液中銅的富集比最高達158。但隨著溶液中離子強度的增大，銅離子去除率顯著降低[6]。孟佑婷對茶皂素作為離子浮選劑去除廢水中鎘離子的能力進行了研究，研究結果表明茶皂素浮選去除單一廢水中的Cd2+取得了良好效果，在C茶皂素：CCu2+=2～3，pH值為6.0～8.0，通氣量0.15 L·min-1，最佳去除率達到85.87%，對Cd2+最高富集比32.17。并用化學表面活性劑十二烷基硫酸鈉作為參照樣的研究發現，在對Cd、Pb、Cu三種金屬離子中，茶皂素對Pb2+的去除率最高，對Cd2+的去除率最低。去除率隨著茶皂素濃度的提高而升高溶液pH值和離子強度對去除效率和泡沫富集比影響較大，去除率和泡沫富集比都隨著溶液pH值的變化有最高值。茶皂素浮選金屬離子在溶液pH值為6.0時，Cu2+和Pb2+去除效果最佳，隨著pH值升高，去除率降低[7]。

3 茶皂素生物表面活性劑對固體垃圾焚燒飛灰中的重金屬的去除

陳丹利用茶皂素表面活性劑的特性對固體垃圾焚燒飛灰進行表面活化改性，其后利用茶皂素螯合劑的特性對改性后的固體垃圾焚燒飛灰中的Pb、Zn、Cd等重金屬進行處理[8]。研究表明茶皂素對固體垃圾焚燒飛灰的表面改性活化率在95%以上，同時其對固體垃圾焚燒飛灰中Pb、Zn、Cd等重金屬的穩定能力與磷酸鈉和硫脲相當。馬斌將經過茶皂素活化處理后的垃圾焚燒飛灰與未經過活化處理的垃圾焚燒飛灰進行固體廢物浸出毒性測定實驗，實驗結果表明經過茶皂素活化處理后的垃圾焚燒飛灰中重金屬Cd與Pb的浸出量為未經過活化處理的垃圾焚燒飛灰的69%與28%，說明活化后垃圾焚燒飛灰中的重金屬離子與茶皂素發生螯合反應，被固定在固相中[9]。

4 茶皂素生物表面活性劑對土壤中有機物的去除

王軍利用水提法提取茶皂素水溶性有機物(DOM)，研究了其對污染土壤中多環芳烴的去除及其影響因素[10]。研究表明當茶皂素DOM濃度為1%時，其對污染土壤中菲和芘的去除率分別為21.2%和14.5%。隨著茶皂素DOM濃度的增加，污染土壤中菲和芘的去除率也隨著增加。當茶皂素DOM濃度為5%時，菲和芘的去除率分別達到59.2%和53.1%，隨著老化時間的延長，茶皂素DOM對污染土壤中菲和芘的去除率先是升高，然后又降低。

5 總結與展望

隨著我國油茶事業的蓬勃發展，每年得到的茶皂素生物表面活性劑將日益增多，如我國的科技工作者開發出更多將其運用于環境保護領域的技術，將會對我國的生態環境的改善起到

更加積極的作用。

[1] Chen Y H,Li X D.Leaching and uptake of heavy metals by ten different species of plants during an EDTA - assistedphytoextraction process[J].Chemosphere,2014(57):187-196.

[2] 陳玉成.茶皂素表面活性劑對植物吸收土壤重金屬的影響[D].武漢:武漢大學,2011:43-48.

[3] 張中文,李光德,周楠楠,等.茶皂素對污染土壤中重金屬的修復作用[J].水土保持學報,2008,22(6):67-70.

[4] 李光德,張中文,敬 佩.茶皂素對潮土重金屬污染的淋洗修復作用[J].農業工程學報,2009,25(10):231-235.

[5] 盧寧川,郁建橋,楊 芳.茶皂素對土壤中重金屬的解吸過程及機制[J].安徽農學通報,2010,16(9):36-39.

[6] 彭艷春,袁興中,張 玲,等.表面活性劑復配體系浮選去除廢水中銅離子的研究[J].農業環境科學學報,2012,27(5):27-32.

[7] 孟佑婷,袁興中,曾光明,等.生物表面活性劑茶皂素離子浮選去除廢水中鎘離子[J].環境科學學報,2015,25(8):41-43.

[8] 陳 丹,錢光人,張后虎,等.茶皂素穩定和改性處理垃圾焚燒飛灰試驗研究[J].中北大學學報(自然科學版),2015,27(6):19-24.

[9] 馬 斌,李素芳.茶皂素在垃圾焚燒飛灰固化處理中的應用[J].中國茶葉,2013,42(8):52-56.

[10] 王 軍,賈 慧.茶皂素DOM對土壤中菲和芘去除的影響[J].科技信息,2010(2):124-127.

(本文文獻格式：張 龍，劉 彤，曹 陽，等.茶皂素生物表面活性劑在環境保護領域的運用研究進展[J].山東化工,2017,46(15):68-69.)

Research Progress of Application of Tea Saponin Biosurfactant in Environmental Protection

ZhangLong1,LiuTong1,CaoYang1,GuoYu1,TangTing2

(1.School of Chemistry and Chemical Engineering,Guizhou University,Guiyang 550025,China;2.Minde College of Guizhou University,Guiyang 550025,China )

This paper mainly describes the characteristics of tea saponin biosurfactant and its removal of heavy metals in soil,the removal of heavy metals in water,the removal of heavy metals from solid waste incineration,the removal of organic matter in soil,and other advanced technologies in environmental protection And the results for the future production practice to provide guidance.

tea saponin; biosurfactant; environmental protection; application

2017-05-05

貴州省國際科技合作計劃項目(黔科國合GH字[2013]1034號)；貴州省科技合作計劃項目(黔科合LH字[2015]7681號)；貴陽市科學技術計劃工業攻關項目(筑科合同[2012101]2-21號)

張 龍(1976—)，男，講師，碩士研究生，主要從事有機化學試驗教學和研究；通訊作者：劉 彤(1979—)，男，貴州都勻人，副教授，碩士研究生，主要從事化工原理與無機填料試驗教學和研究。

TQ423.9

A

1008-021X(2017)15-0068-02